DE2912190A1

DE2912190A1 - Anordnung eines luftpressers bei einer mehrzylinder-hubkolben-brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2912190A1
Application number: DE19792912190
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Grad Schmidt
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN AG
Priority date: 1979-03-28
Filing date: 1979-03-28
Publication date: 1980-10-02
Also published as: SE8002430L; IT1131079B; GB2045866A; FR2452594A1; DD149688A1; HU181077B; GB2045866B; IT8020944A0; JPS55131523A; BR8002040A

Description

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fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg Aktiengesellschaft

Nürnberg, 21. März 1979

Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Prischluftverdichter bestehenden Ladegruppe und einer Zwischenkühlung der Ladeluft.

Derart aufgeladene Brennkraftmaschinen sind seit langem allgemein bekannt. Durch den Frischluftverdichter und die Zwischenkühlung wird eine wesentlich bessere Zylinderfüllung und damit eine höhere Leistung des Motors erreicht. Die Saugluft für den Luftpresser , der zur Speisung der Fahrzeug-Bremsen, der Luftfederung, für Türöffner u.a. dient, wird dabei zwischen dem Rohluftfilter und dem Ansaugstutzen des Frischluftverdichters abgezweigt, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß ein zusätzlicher Luftfilter für die Ansaugluft des Luftpressers und die damit anfallenden Wartungsarbeiten entfallen. Erkauft wird dieser Vorteil

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allerdings durch oft lange und wegen der Platzverhältnisse kompliziert gebogene und daher entsprechend teuere Ansaugleitungen für den Luftpresser. Der Bauaufwand ist daher oft erheblich.

Weiter hat die Anordnung den Nachteil, daß die Endtemperaturen am Luftpresser wegen Aufheizung der Ansaugluft und damit die thermische Belastung hoch sind, was sich durch geringere Fördermengen bemerkbar macht. Die Einschaltdauer des Einzylinder-Luftpressers ist deshalb entsprechend hoch oder man muß einen Doppelluftpresser vorsehen, der ebenfalls einen höheren Energieaufwand und dazu mehr Raum benötigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine der eingangs beschriebenen Art den Luftpresser derart anzuordnen, daß die genannten Nachteile vermieden werden, d.h. daß die Gestaltung der Ansaugleitungen einfacher, der Luftpresser thermisch entlastet und eine Erhöhung der Fördermenge erreicht wird.

Nach der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei Zwischenkühlung der Ladeluft durch einen in der Ladeluftleitung angeordneten Ladeluftkühler die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Ladeluftkühler und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist.

Erfolgt die Zwischenkühlung der Ladeluft durch andere Mittel wie beispielsweise andere Wärmetauscher, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Saugleitung für den Luftpresser zwischen dem Frischluftver-

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dichter und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine an die Ladeluftleitung angeschlossen ist, und daß in der Saugleitung ein Luftzwischenkühler vorgesehen ist.

Durch die beschriebenen Möglichkeiten erhält man für den Luftpresser praktisch eine stufenweise Verdichtung mit Zwischenkühlung. Die erste Stufe stellt der Frischluftverdichter der Ladegruppe mit adiabater bzw. isentroper Verdichtung auf einen relativ niedrigen Druck dar, die Zwischenkühlung wird vom Ladeluftkühler oder vom Luftzwischenkühler übernommen. Ersterer hat vor allem den Zwack, die erhitzte Ladeluft zum Erreichen einer besseren Zylinderfüllung auf eine für die Motorbeschickung günstige Temperatur zurückzukühlen. Die zweite Stufe übernimmt dann der Luftpresser mit politroper Verdichtung auf einen entsprechend hohen Druck.

Durch die Zwischenkühlung im Ladeluftkühler oder im Luftzwischenkühler entstehen am Luftpresser niedrigere Endtemperaturen als bei der bisherigen Anordnung, die thermische Belastung ist daher geringer. Es kann mit einer Temperatursenkung um ca. 60 K gerechnet werden. Was die Fördermenge anbetrifft, so kann der Luftpresser bei gleichem Druck bis zu 70# mehr leisten, wodurch sich seine Einschaltdauer erheblich verringert oder auf einen Doppelluftpresser verzichtet werden kann.

Zu erwähnen wäre schließlich noch, daß sich die Druckbedingungen am Ende der Kompression bei gleichen Luftpresser-Drehzahlen nicht wesentlich ändern. Die spezifische Belastung der Lager erhöht sich deshalb nicht.

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Einzelheiten der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles entnommen werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen aufgeladenen Motor mit der erfindungsgemäßen Anordnung/rein schematisch,

Fig. 2 ein Diagramm über den Druck- und Temperaturverlauf der Frischluft bis zur Endverdichtung,

Fig. 3 ein Diagramm, aus dem die Erhöhung der Fördermenge des Luftpressers erkennbar ist, die durch die Anordnung nach der Erfindung erreicht wird.

In Fig. I ist eine aus einer Abgasturbine 1 und einem mechanisch mit dieser gekuppelten Frischluftverdichter 2 bestehende Ladegruppe angedeutet. Die Abgasturbine wird entsprechend den Pfeilen 5 von den Abgasen der Brennkraftmaschine 4 durchströmt und treibt den Frischluftverdichter 2 an, der über einen Rohluftfilter 5 entsprechend dem Pfeil 6 unter Atmosphärendruck stehende Frischluft ansaugt, sie auf etwa 2 bar verdichtet und dann durch eine Ladeluftleitung 7 in einen Ladeluftkühler 8 schiebt. Nimmt man an, daß die Frischluft eine Temperatur von 20 bis 30° C hat, so wird sie beim Eintritt in den Frischluftverdichter 2 durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung auf ca. 50° bis 60° C erwärmt werden. Beim Austritt aus dem Frischluftverdichter 2 beträgt die Temperatur ca. 120° bis 130° C. Im Ladeluftkühler 8 erfolgt eine Abkühlung auf ca. 60° C. Mit dieser Temperatur wird die Frischluft durch die Ladeluftleitung 7a den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine h zugeführt.

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Die Ladeluftleitung 7a weist einen Abzweig 9 auf, der zu einem als Kolbenverdichter ausgebildeten Luftpresser 10 führt, der die Frischluft auf ca. Il bar verdichtet.

Wird die Zwischenkühlung durch andere Mittel als einen Ladeluftverdichter 8 vorgenommen oder erfolgt gar keine Kühlung, so kann praktisch der gleiche Effekt erzielt werden, wenn man in den Abzweig 9 einen separaten Luftzwischenkühler 8a einbaut, wie er in Fig. 1 strichliert eingezeichnet ist.

In Fig. 2 iot ein sog. pV-Diagramm dargestellt, d.h. auf der Ordinate Il wird das Volumen V in dm und auf der Abszisse 12 der Verdichtungsdruck ρ in bar aufgetragen. Wird beispielsweise ein bestimmtes Frischluftvolumen bei einer Temperatur T von ca. 45° C und Atmosphärendruck von I bar angesaugt, so schneiden sich die Drucklinie 13, die Volumenlinie 14 und die Isotherme 15 in einem Punkt I. Verdichtet man die Frischluft auf 2 bar, so schneiden sich die Linien \J>', 14', 15' im Punkt II, wo bereits eine Erwärmung auf T ca. 120° C erfolgte. Es ergibt sich eine Kurve 16. Läßt man den Luftpresser 10 in herkömmlicher Art von ρ = I bar bis ρ = Il bar verdichten, so führt die Verdichtungskurve 17 von Punkt II wie strichpunktiert dargestellt zum Punkt II¹, in dem sich die Linien 13", lV, 15" schneiden. Die Temperatur T in diesem Punkt beträgt ca. 28o° C.

Nach der Erfindung erfolgt die Verdichtung von Punkt I nach Punkt II durch den Ladeluftverdichter 2. Im Ladeluftkühler 8 wird sie von T ca. 120° C auf T ca. 60° C zurückgekühlt. Es ergibt sich der

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Punkt III. Nun setzt der Luftpresser 10 ein und verdichtet die Frischluft nach der Kurve 18 bis 11 bar, wo sich der Punkt IV ergibt und eine Temperatur T von ca. 220° C herrscht.

Daraus geht hervor, daß durch die Zwischenkühlung am Verdichtungsende niedrigere Temperaturen entstehen, wodurch die thermische Belastung geringer wird. Diese Überlegung kann durch folgende Berechnung bestätigt werden:

Ist beispielsweise im Punkt III ein Frischluftvolumen V-T₁-T von 0,293 dnr bei einem Druck von

P_TTT ca. 2 bar und einer Temperatur von T_TTT ca.

60° C vorhanden, so gilt bei polytroper Verdichtung mit einem Polytropenexponenten von η = 1,3 auf Il bar

¹IV * ¹III * ^{ )

^PIV ^{= P}II' ^{= U bar}

T_IV = 333 K . (-^r-Ö = 493 K^ 220° C.

Vergleicht man dieses Ergebnis mit dem eines Luftpressers, der in der eingangs beschriebenen Art und Weise seine Ansaugluft aus der Verbindungsleitung zwischen Rohluftfilter und Frischluftverdichter erhält, so ergibt sich bei gleichem Frischluftvolumen, atmosphärischem Druck von I bar und ebenfalls durch Wärmeleitung und -strahlung erwärmter Ansaugluft von ca. 45° C eine Endtemperatur von ca.

T₁₁' = 318 K . (_li)\ii3^!— = 553 κ = 280° C. Es entsteht also eine Temperaturdifferenz von 60 K.

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Eine nähere Erläuterung der Bezeichnungen dürfte sich erübrigen, sie beziehen sich jeweils auf die Punkte II, II¹, III und IV in Fig. 2.

Fig. 3 zeigt einen Vergleich der Fördermengen des Luftpressers 10, die pro Hub erreicht wird. Auf der Ordinate 19 ist das Volumen pro Hub V^ und auf der Abszisse 22 wieder der Verdichtungsdruck ρ aufgetragen. Wird die Frischluft wie bisher von 1 bar (P₁ in Fig. 2) auf Il bar (Pj-ri in Fig. 2) nur vom Luftpresser 10 verdichtet, so ergibt sich, wie aus den strichpunktiert dargestellten Linien 20, 21 erkennbar ist, bei polytroper Verdichtung ein Fördervolumen Vpi.

Verdichtet hingegen der Luftpresser 10 erst von 2 bar (P₁₁₁) bei 60° C auf 11 bar (p_iy), so erhält man bei gleichem Hubvolumen V„ ein Fördervolumen I das ca. 70 % größer ist. Auch diese Tatsache läßt sich rechnerisch belegen:

Pt —
ν , = v„ . (—-*— ) ⁿ

F H P₁₁,

V=V (—
^VF ^VH ' ^{

v_F, ^piv

P_TTf } ο v- ii -\ _L Λ L_

^^ = (-γΓΤΤ ^} Vi*3 = 2 V -1,3

r . Vp. ^ 1,7 . V_P#

Das Fördervolumen erhöht sich also nahezu auf das 1,7-fache. Abschließend sei erwähnt, daß das Diagramm gemäß Fig. 3 nicht maßstäblich gezeichnet ist.

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-ϊ-

Leerseite

Claims

fo/kr

Maschinenfabrik Augsburg-Nürnberg
Aktiengesellschaft

Nürnberg, 21. März 1979

Patentansprüche

1. )Anordnung eines Luftpressers bei einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Frischluftverdichter bestehenden Ladegruppe und einer Zwischenkühlung der Ladeluft, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zwischenkühlung der Ladeluft durch einen in der Ladeluftleitung (7) angeordneten Ladeluftkühler (8) die Saugleitung (9) für den Luftpresser (lo) zwischen dem Ladeluftkühler (8) und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine (4) an die Ladeluftleitung (7a) angeschlossen ist.

2. Anordnung eines Luftpressers mit einer Mehrzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine mit wenigstens einer aus einer Abgasturbine oder einem Antriebsmotor und einem Frischluftverdichter bestehenden Ladegruppe und einer Zwischenkühlung der Ladeluft, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugleitung (9) für den Luftpresser (lo) zwischen dem Frischluftverdichter (2) und den Einlaßkanälen der Brennkraftmaschine (4) an die Ladeluftleitung (7, 7a) angeschlossen ist, und daS in der Saugleitung (9) ein Luftzwischenkühler (8a) vorgesehen ist.

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